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Nikkei X-TECH_2024.4.3

라피더스, IBM과 400여개 공동연구
2nm 반도체 양산을 위한 기술 습득

반도체 기업 라피더스(Rapidus)는 최첨단 반도체 양산을 위해 미국에서 연구개발을 가속한다. 미국 뉴욕주 알바니에 위치한 반도체 연구거점 ‘Albany NanoTech Complex’에서는 기술 제휴를 맺은 미국 IBM과 약 400여개 연구테마의 공동연구를 추진하며 양산 기술의 확립을 서두른다.

라피더스와 IBM이 일본 언론사에 공개한 알바니 연구 거점에서는 미국과 일본의 반도체 기술자들이 협력해 2nm 세대 반도체의 연구개발을 추진한다. 이 연구거점은 300mm 웨이퍼에 대응하는 연구개발 시설로서, 미국에서 최대 규모를 자랑하며 로직 IC, 칩렛, 어드밴스드 패키징 등 최신 연구 테마에 대응한다.

맨해튼에서 북쪽으로 240여km 떨어진 자연이 풍부한 소도시에 위치해 있으며, 라피더스 외에도 도쿄일렉트론과 미국 Applied Materials, 네덜란드 ASML Holding 등 많은 기업이 연구개발 거점을 두고 있다.

연구개발 현장은 노란색 램프로 비춰진 광대한 클린룸 안에 있으며 최첨단 반도체 개발에 필수인 EUV(극단자외선) 노광장치를 비롯한 다양한 제조 장치가 즐비하다. IBM은 이곳에서 21년에 세계 최초로 2nm 세대 테스트 칩을 개발하고 있으며, GAA(Gate-All-Around) 나노시트라고 부르는 새로운 트랜지스터 구조에 기대가 높아지고 있다.

라피더스는 이 기술을 바탕으로 2nm 세대 반도체 양산을 27년 시작하는 계획을 세웠다. 현재 100여명의 기술자를 알바니에 파견해 기술을 습득하고 있다. 여기서 기술을 배운 기술자는 향후 홋카이도 치토세시에 건설하는 라피더스의 제조 공장 ‘IIM’의 파일럿 라인 설치나 양산화에 종사할 예정이다.

라피더스 측의 기술 수장으로서 알바니에 상주하며 기술 개발을 주도하는 사람은 미국법인 Rapidus US의 리서치 펠로우를 맡고 있는 후쿠자키(福崎) 씨다. 후쿠자키 씨는 IBM과 라피더스가 추진하는 2nm 로직 기술 공동개발 프로젝트의 지정 이그제큐티브로, 이번에 현재 추진하고 있는 개발테마와 장래 목표에 대해 이야기했다.

-- IBM과의 협업으로 '개발 속도'를 학습 --
라피더스는 기술 마일스톤에서 반도체의 성능 향상이나 수율 개선으로 이어지는 치수 제어 등의 수치 목표를 설정하고 있다. 알바니의 연구거점에서는 반도체를 시제(試製)해 배선 등 각종 조건을 평가하고 피드백하는, 목표 달성을 위한 개선 사이클을 돌리고 있다. 후쿠자키 씨는 마일스톤의 달성 정도에 대해 확답을 피했지만 “순조롭게 클리어하고 있다”라고 말한다.

알바니의 연구거점에 머물고 있는 라피더스의 기술자 약 100명 중 대략 절반이 프로세스 기술자이다. 게다가 전기적 특성이나 신뢰성을 평가하는 디바이스 기술자와, 디자인 룰의 책정이나 보다 좋은 설계를 할 수 있도록 하는 디자인 이네이블먼트에 참여하는 디자인 기술자가 약 4분의 1씩을 차지한다. 알바니에서 기술자들이 추진하는 연구 주제는 1인당 3, 4개로 전체적으로는 400개 가까이 된다.

후쿠자키 씨는 IBM과의 협업에서 개발 속도 등 배우는 점이 많다고 말한다. “목표에 이르기까지의 어프로치 속에서, 하나하나의 조건 검토나 확인/평가와 같은 사이클을 돌리는 것이 매우 빠르다. 이 정도까지 계속해서 사이클이 돌며 개선되어 가는 것은 처음으로 경험하는 것이다”(후쿠자키 씨).

-- AI용 맞춤형 제품 공급 --
라피더스가 2nm 세대 반도체 시장으로서 상정하는 것은 AI(인공지능) 반도체와 고성능컴퓨팅(HPC), 엣지 AI, AI 데이터센터 등이다. 후쿠자키 씨는 “앞으로 모든 장소에서 AI를 활용하게 될 것이다”라며 범용품이 아닌 특정 용도 전용으로, 소량 다품종의 고부가 가치 제품을 짧은 사이클로 공급할 계획이다.

라피더스는 전공정뿐만 아니라 후공정, 설계지원도 일관되게 함으로써 짧은 TAT(Turn Around Time, 제조에 필요한 시간)를 실현하는 RUMS(Rapid & Unified Manufacturing Service)를 목표로 한다. 제조를 통해 얻은 데이터를 피드백해 설계를 개선하고, 개발 효율과 속도를 높이면서 비용 삭감을 도모한다.

-- 장래에는 설계업무도 --
그리고 라피더스에서 설계 지원에 종사하는 기술자는 반도체 설계 자체를 하는 것이 아니라 설계를 위한 환경 조성에 전념한다. 로직 반도체 개발에는 여러 플레이어가 협력해야 하며, 라피더스와 같이 제조 프로세스를 제공하는 파운드리 외에 로직 반도체의 기본 회로인 스탠다드 셀을 제공하는 기업, EDA(전자설계자동화) 툴을 제공하는 기업, 로직 반도체의 설계자인 반도체 업체 등이 협력한다.

“라피더스의 설계 엔지니어는 설계 토대를 만든다. 설계 자체를 하는 일은 당분간 없다”(후쿠자키 씨).　다만, 장래에는 반도체 설계 업무의 일부를 파트너 기업으로부터 하청 받는 것을 생각하고 있다. EDA 툴을 다룰 수 있는 기술자를 이미 많이 채용하고 있어, 상황에 따라 적재적소에 배치해 나간다.

-- 2024년도부터 신규 졸업자 채용을 시작 --
라피더스는 27년에는 기술자를 1000명 규모로 늘릴 방침이다. 하지만 국내외에서 반도체 인재의 수요가 높아지면서 인재 부족에 대한 우려가 커지고 있다. 라피더스는 지금까지 즉시 전력을 중시해 실무 경험이 있는 사회인과 박사과정을 수료한 대학원 졸업생밖에 채용하지 않았다. 24년도부터는 대학 졸업생이나 고등전문학교(고전)를 졸업한 신규 졸업자도 채용한다.

장래에는 해외의 반도체 인재를 채용하는 것도 고려한다. 라피더스의 고이케(小池) 사장은 23년 7월에 인도를 방문해 정부나 민간기업과의 제휴를 모색했다. 후쿠자키 씨는 “구체적인 계획은 미정이다”라고 말하면서도 인도에서 반도체 엔지니어를 채용할 가능성에 대해서도 언급했다.

-- 시제 라인을 신속히 설치 --
홋카이도 치토세시의 공장 설립에서는, 알바니에서 지식이나 노하우를 습득한 기술자들이 협력하면서 많은 제조 장치를 시급하게 도입해 단기간에 가동할 수 있도록 한다. 기술적인 장벽은 높지만 면밀한 계획과 시뮬레이션을 통해 실현은 가능하다며 의욕적이다. 후쿠자키 씨는 “앞으로는 파일럿 라인 설치 때문에 돌아가는 인원을 보충하면서, 알바니에서의 연구개발 체제를 유지하며 27년의 양산에 기여해 가고 싶다”라고 설명했다.

앞으로는 반도체 제품의 성능을 높이는 칩렛 기술도 중요해진다. 라피더스가 생산하는 2nm 세대 반도체만으로는 최종 제품을 구축할 수 없어 다른 프로세스 노드의 반도체나 기판 재료 등 필요한 기술을 외부에서 조달할 필요가 있다. 타사와의 파트너십에 대해서 후쿠자키 씨는 “아직 대답할 수 없다”라고 했지만, 2.5 차원/3차원(2.5D/3D) 구현 등의 선진 패키징 개발도 진행하고 있다고 했다.

-- IBM은 반도체 에코시스템으로 지원 --
IBM의 연구부문, IBM Research의 반도체 부문(IBM ReSemiconductors) 수장인 무케쉬 카레(Mukesh Khare) 씨는, 2nm 세대 반도체의 상용화를 위해서 포토 마스크 개발이나, 퍼포먼스 및 수율 향상에 대응하고 있다고 공개했다. 그는 IBM이 알바니에서 보유한 폭넓은 반도체 생태계가 경쟁력으로 이어질 것이라고 지적한다.

알바니의 연구거점은 IBM이나 도쿄일렉트론, 뉴욕주의 파트너십에 의해 약 20년 전에 설립된 역사가 있다. 현재는 대기업 반도체 업체 외에 EDA 벤더나 반도체 제조장치 업체, TOPPAN 홀딩스, 미국 DuPont, 신에쓰화학공업, JSR와 같은 재료 업체가 에코시스템 파트너로서 참가. 2nm 세대를 비롯한 다양한 반도체 기술 개발에 힘쓰고 있다.

일본은 로직 반도체 개발에서 뒤처지고 있다. 그럼에도 무케쉬 카레 씨는 기회는 있다고 말한다. “일본에는 경쟁력이 있는 장치 및 재료 업체나 재능 있는 기술자 등 2nm 세대에 필요한 에코시스템이 갖추어져 있다. 라피더스의 양산을 위해서 IBM은 필요한 모든 서포트를 제공해 나갈 것이다”(무케쉬 카레 씨).

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